[發明專利]一種ZnMn2O4空心棒及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202010005176.1
• 申請日: 2020-01-03
• 公開（公告）號: CN111153438B
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發明（設計）人: 侯林瑞;徐森煬;秦理;原長洲
• 申請（專利權）人: 濟南大學
• 主分類號: C01G45/12
• 分類號: C01G45/12;H01M4/485;H01M10/0525
• 代理公司: 濟南泉城專利商標事務所 37218
• 代理人: 孔娟

一種利用共沉淀法制備ZnMn₂O₄空心棒的方法及其應用，屬于新型功能材料與新能源技術領域。該方法以無水乙醇、去離子水和聚乙二醇400的混合溶液為溶劑，將二水合草酸、鋅鹽和錳鹽加入到混合溶液中，室溫下攪拌至反應完全，通過離心洗滌的方法收集到所得沉淀物，將其完全干燥后即能形成空心棒狀的前驅體，在空氣氣氛下煅燒得到ZnMn₂O₄中空棒。本發明相比于其他制備空心結構的方法來說，簡單易行，所得中空結構既擁有更大的比表面積，可提供更多的活性位點，也可以緩解因脫嵌鋰過程引起的體積膨脹問題，具有較好的儲鋰能力。

技術領域

本發明屬于新能源鋰離子電池負極材料制備技術領域，具體涉及一種ZnMn₂O₄空心棒及其制備方法和應用。

背景技術

鋰離子電池具有能量密度高、工作電壓高、循環壽命長、無記憶性等優點，在數碼、儲能、電動汽車等領域得到廣泛的應用，成為應用前景最為明朗的高能電池體系。目前商業化的鋰離子電池多用石墨負極材料，但石墨材料存在比容量低的缺點，其理論容量只有372mAh g^-1。過渡金屬氧化物作為鋰離子電池陽極材料，具有儲鋰理論比容量高的優點，但過渡金屬氧化物導電性較差，且充放電過程中體積膨脹嚴重，導致電極活性物質的粉化和脫落，因此，以過渡金屬氧化物為陽極的電池循環穩定性一般較差。

發明內容

針對以上問題，本發明利用鋅鹽和錳鹽與二水合草酸的共沉淀反應制備出空心棒狀結構的前驅體，再通過空氣中煅燒的方法即可得到ZnMn₂O₄空心棒狀結構，該方法簡單易行，便于控制，所得材料比表面積較大，而且中空結構可以阻止材料在循環過程中的體積膨脹問題。

為實現上述發明目的，本發明采用以下技術方案：

一種利用共沉淀法制備ZnMn₂O₄空心棒的制備方法包括以下步驟：

（1）稱取二水合草酸溶于無水乙醇、去離子水和聚乙二醇400的混合溶液，制備草酸溶液；

（2）將鋅鹽和錳鹽溶于上述溶液，室溫下攪拌數小時；

（3）通過離心收集沉淀，用去離子水和乙醇洗滌后干燥，在空氣中煅燒后冷卻至室溫得ZnMn₂O₄空心棒。

優選的，所述步驟（1）中二水合草酸在混合溶液中的濃度為0.008~0.056 mol/L。

優選的，所述步驟（1）中無水乙醇、去離子水和聚乙二醇400三者體積比為2:1:1~2:1:6。

優選的，所述步驟（2）中鋅鹽和錳鹽的鹽源來自兩種氯化鹽或一種氯化鹽和硝酸鹽/醋酸鹽的組合，二者摩爾比例應為1:2。

優選的，所述步驟（3）中在空氣中的煅燒溫度為400~500 ℃，升溫速率為1~3 ℃/min，保溫時間為2~4 h。

優選地，具體的制備方法為：

（1）稱取二水合草酸溶于無水乙醇、去離子水和聚乙二醇400的混合溶液，三者體積比為2:1:1~2:1:6，制備濃度為0.008~0.056 mol/L的草酸溶液；

（2）將鋅鹽和錳鹽按摩爾比1:2添加到上述混合溶液，室溫下攪拌數小時；

（3）離心收集沉淀，用水和乙醇洗滌后放置在烘箱中使其完全干燥，在空氣中400~500 ℃煅燒，保溫2~4 h，室溫下冷卻至室溫即得ZnMn₂O₄空心棒；其中煅燒時升溫速率為1~3℃/min。

有益效果